游梁抽油機曲柄銷軸失效形式分析與解決對策

鞏方毅

摘要：抽油機機構(gòu)是簡單的四連桿傳動機構(gòu)，曲柄銷就是動力桿與其它桿連接的節(jié)點，它把電機動力間接傳遞給抽油機的連桿、橫梁、游梁、驢頭，完成連續(xù)不斷地抽油作業(yè)。抽油機曲柄銷是抽油機裝置各部件中尤為重要的零件，在與其它部件比較下，曲柄銷顯得比較薄弱，所以在抽油機維修作業(yè)時，更換頻率較高。本文針對曲柄銷裝置損壞形式進行分析并提出解決對策。

關(guān)鍵詞：抽油機；曲柄銷；轉(zhuǎn)軸；軸承損壞；失效形式；管理

抽油機曲柄銷是抽油機裝置各部件中尤為重要的零件，在與其它部件比較下，曲柄銷顯得比較薄弱，所以在抽油機維修作業(yè)時，它更換頻率較高。抽油機機構(gòu)是簡單的四連桿傳動機構(gòu)，曲柄銷就是動力桿與其它桿連接的節(jié)點，它把電機動力間接傳遞給抽油機的連桿、橫梁、游梁、驢頭，完成連續(xù)不斷地抽油作業(yè)。曲柄銷與曲柄錐套采用錐面配合、螺栓拉緊的連接結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

抽油機在現(xiàn)場運轉(zhuǎn)過程中，曲柄銷裝置質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為曲柄與曲柄銷軸轉(zhuǎn)軸、軸承

損壞兩種形式，其中曲柄銷轉(zhuǎn)軸為主要失效形式。

2故障原因分析

2.1轉(zhuǎn)軸原因分析

曲柄銷軸與軸套出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的原因主要有以下幾點：（1）曲柄銷軸和銷套之間的銷面配合接觸面積達不到接觸面積應(yīng)不小于70%、且靠近大端的工藝要求。主要是因為曲柄孔、錐套及曲柄銷的加工精度達不到圖紙要求所致。在接觸不良的情況下，曲柄銷與錐套間會出現(xiàn)僅小頭接觸、大頭懸空的情況。此時，曲柄銷的受力情況最惡化，不但容易引起曲柄銷轉(zhuǎn)軸，而且在交變載荷的長期作用下甚至會引起曲柄銷斷裂造成翻機事故，因此有必要對曲柄銷在接觸良好和接觸不良兩種狀態(tài)下的可靠度進行計算，圖2是曲柄銷在接觸良好情況下和接觸不良時的受力模型。

在接觸良好情況下，H截面為危險截面。在配合不良的情況下，曲柄銷與錐套間僅小頭接觸，曲柄銷的受力峰值出現(xiàn)在小頭接觸末端，此時U截面為危險截面。通過計算可知危險截面的最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、應(yīng)力幅、應(yīng)力比。查標準正態(tài)分布表，可得出危險截面的可靠度；通過計算可以明顯看出，在接觸不良的情況下，曲柄銷的可靠度非常低，如遇到緊急情況，抽油機急剎車時，油井下裝置的重力通過連桿拉拽曲柄銷軸，很容易導致曲柄銷的斷裂失效。

（2）曲柄銷軸與曲柄問的緊固冕形螺帽松動。造成松動原因有：①出廠前裝配質(zhì)量達不到技術(shù)要求，曲柄銷鎖緊力矩不夠；②用戶沒有按照使用說明書的要求定期對曲柄銷裝置進行二次緊固；③曲柄銷螺紋有左、右之分，在裝配反向安裝或選擇抽油機運轉(zhuǎn)方向時可能造成反向選擇；④一些隨機因素影響，如抽油機剎車時機身的抖動、井下壓力情況的突變等，很容易導致曲柄銷裝置冕形螺母松動。

2.2軸承損壞

從圖1曲柄銷裝置結(jié)構(gòu)圖中可以看出，曲柄銷軸承承受整個連桿拉力載荷，同時具有一定的調(diào)心功能，采用的是雙列調(diào)心滾子軸承?，F(xiàn)場發(fā)生軸承損壞的形式主要有軸承保持架脫落（塌架），軸承異常響動等。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：（1）軸承長時間在無潤滑脂或缺潤滑脂狀態(tài)下運轉(zhuǎn)；（2）由于連桿的下連桿頭與曲柄銷裝置的軸承座采用錐面連接，當連接螺栓過緊時，會造成軸承座的微小變形，造成軸承卡死，進而導致軸承損壞；（3）軸承自身質(zhì)量問題，使用過程中異物侵入、銹蝕等原因造成損壞；（4）由于軸承屬精密零件，在使用過程中，潤滑不良時造成軸承損壞。軸承潤滑條件變差會引起軸承接觸處溫度上升，材料表面的硬度下降，導致接觸疲勞強度的降低，從而引發(fā)接觸疲勞破壞；其次安裝過程中若造成軸承滾珠與軸承環(huán)之間接觸應(yīng)力加大，會造成軸承環(huán)表面過度磨損，引發(fā)軸承損壞。

3解決對策

（1）加強曲柄銷生產(chǎn)過程的管理力度，加大檢驗頻次和檢查力度。對曲柄銷、錐套、軸承等零部件裝配工序進行認真檢查，一般情況下曲柄銷采用開通槽結(jié)構(gòu)，尤其需要嚴格控制在錐套開槽前和曲柄銷軸的接觸面積的技術(shù)要求；（2）針對曲柄銷轉(zhuǎn)軸問題，曲柄銷上緊力矩可以通過計算給出數(shù)值，嚴格控制使用力度，而且要采用合適的檢測方法來控制；（3）提醒、督促用戶按照使用說明書的要求對易松動部位的螺栓進行二次緊固。同時根據(jù)曲柄銷上的標記進行檢查，以便能及時發(fā)現(xiàn)曲柄銷出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的情況。（4）對于軸承抱死問題，將下連桿頭與曲柄銷的錐面配合改成圓柱面間隙配合。（5）按要求定期向軸承座換注符合技術(shù)要求規(guī)定型號的潤滑油。